中文摘要：

Sn基合金作为锂离子电池的负极材料，以其高的比容量引起了世界众多研究者的关注。Sn基合金负极目前存在的主要问题是在充放电过程中所伴随的较大的体积变化，该变化将导致电极的性能衰减以至电极的失效。本研究拟选择与锂可以进行拓扑合金化的SnSb为研究对象，通过采用纳米晶、引入韧化金属等手段，解决合金负极在锂化时的体积膨胀问题；同时，对纳米晶进行表面修饰处理，以克服纳米晶的电团聚问题，进一步提高负极材料在循环过程中的结构稳定性。主要研究纳米SnSb合金负极材料的合成工艺及其电化学性能；研究表面包覆及韧化金属的引入对负极材料在锂化时体积膨胀的影响，并分析其作用机理；借助各种现代衍射及波谱技术并结合量子化学理论，分析研究负极材料的脱嵌锂机制，并建立相应的晶格结构模型；同时，研究电极反应动力学过程，并测定Li+在SnSb中的扩散系数。这一研究将为我国高能二次锂离子电池负极材料的研究开发奠定理论基础。

结论摘要：

采用液相共沉淀的方法制备了纳米SnSb合金粉体，研究了制备工艺对SnSb合金电化学性能的影响。纳米SnSb合金在充放电过程中表现出较大的首次不可逆容量和较差的循环稳定性。首次采用碳热还原的方法，以金属氧化物为原料，制备了具有内微孔和纳/微复合结构的SnM（M=Sb,Co,Ni,Cu）合金负极材料。所制备的合金粉体表观上具有微米尺度的特征，因而具有较低的首次不可逆容量，而微米颗粒中的纳米颗粒及其内微孔又可缓冲电极在脱嵌锂过程中产生的体积变化，提高电极的循环稳定性。该类材料比容量高、首次库仑效率高、制备工艺简单、成本低、便于规模化生产。100mA/g的电流密度下，所制备的SnSb合金的比容量>600mAh/g，SnCo合金>500mAh/g，SnNi合金>300mAh/g，SnCu合金>350mAh/g。为进一步改进SnSb合金的循环稳定性，研究开发了SnSbM（M=Si,Ni）三元合金负极材料，Si的引入进一步提高了SnSb合金的比容量,而Ni的引入使SnSb的循环稳定性和倍率性能明显提高。同时研究了各类合金的电极反应动力学过程，以及各金属元素在缓冲合金电极体积变化方面的作用机理。